葛之
美國數(shù)學(xué)史家鄧寧頓,小時候曾是高斯曾孫女的學(xué)生,受老師影響,成了高斯的“粉絲”。后來,他花費30余年功夫,搜集大量資料,寫了一本百科全書式的傳記《高斯——科學(xué)的巨人》。該書為我們“披露”了高斯更多的故事、深入的細節(jié),包括9個附錄、極為全面的文獻、高斯的《數(shù)學(xué)日記》等,在其他資料中很難見到,有些還挺有趣。本文諸多內(nèi)容取自該書,不再一一標(biāo)明。
著名故事的后續(xù)
高斯小學(xué)時遇到一位蠻橫的老師比特納,有一次或許心情不佳,叫全班學(xué)生求1+2+…+100,高斯很快就搞定了。比特納從此對高斯刮目相看,他買書給高斯,還說自己沒什么可以教高斯了。但這件事沒有讓家人欣喜。高斯的親戚們紛紛搖頭,因為根據(jù)古老的信念,受到上天眷顧的天才會早死。高斯最終活到了78歲。
幸好老師起勁。比特納的助手、數(shù)學(xué)家巴特爾斯和高斯一起研究數(shù)學(xué)。兩人中的一個還勸高斯脾氣暴躁的父親不要讓高斯繼續(xù)干粗活。事情慢慢傳開,最終被不倫瑞克公爵知道了。公爵決定資助高斯讀大學(xué),從此改變了高斯的一生。高斯后來出版了數(shù)學(xué)史上最著名作品之一的《算術(shù)研究》,扉頁上就提到公爵。公爵后因拿破侖軍隊的入侵不幸戰(zhàn)死,高斯因此對法國人心存芥蒂。
正17邊形
高斯在學(xué)習(xí)期間可謂門門優(yōu)秀,文科相當(dāng)好(高斯對文學(xué)和哲學(xué)作品的熱愛保持了一生,買債券也發(fā)了一筆財,可謂多面手),將來到底從事什么行業(yè),高斯一時猶豫不決。
1796年,19歲的大學(xué)生高斯給出正17邊形可以尺規(guī)作圖的方案,決定從事數(shù)學(xué)。高斯對這個成果如此看重,以至于希望在他的墓碑上刻一個正17邊形。但是格丁根大學(xué)高斯的墓碑上并沒有這個圖案,不過,高斯家鄉(xiāng)不倫瑞克的一個紀(jì)念碑上有一個正17角形——石匠認(rèn)為正17邊形看上去跟圓差不多,所以就刻了個正17角形。
博士論文
在數(shù)學(xué)中常常有這樣的事:一位大師第一個給出某結(jié)論的證明,方法不夠好,冗長拖沓,幾十年甚至上百年后,簡潔精妙的證明被一個名不見經(jīng)傳的小人物找到了。高斯的博士論文也不例外。在這篇論文中,高斯第一個證明了代數(shù)基本定理:一元n次多項式方程有n個根(后來他又給出好幾個不同的證明)。這件事歐拉也沒有做到,因此受到陳省身等數(shù)學(xué)大師的極高評價。
但如今代數(shù)基本定理已經(jīng)“淪為”奧數(shù)題(當(dāng)然是難度大的題)了,解答過程不到兩頁。歷史上很多數(shù)學(xué)家洋洋得意的作品因為找到了簡潔證明變成奧數(shù)題的屢見不鮮。
這說明了:第一個做出來的人才是最了不起的;第二,不要小看奧數(shù);第三,數(shù)學(xué)是真理,不是誰說了算。
與天文學(xué)家關(guān)系最密切
高斯通常被看作數(shù)學(xué)家。1801年,高斯因成功算出谷神星的軌道在天文界一舉成名,1807年,他當(dāng)上了格丁根天文臺臺長,從1808年到1854年在學(xué)校里開設(shè)的課程幾乎都是天文學(xué)課!高斯的朋友圈中以天文學(xué)家最多,如奧伯斯、貝塞爾、舒馬赫、恩克等,他們經(jīng)常見面、通信。1809年,高斯第一任妻子去世,第二天高斯就寫信給奧伯斯,后來也到舒馬赫那里尋求慰藉。多年后,舒馬赫把與高斯的對話整理成足足六卷出版。
為養(yǎng)家糊口,1818年起,高斯參與大地測量工作,斷斷續(xù)續(xù)了20多年。在此過程中,高斯發(fā)明了回光儀,發(fā)展了微分幾何學(xué)。其間,高斯依然和天文學(xué)家保持聯(lián)系,直到這些天文學(xué)家在高斯之前去世。
物理學(xué)名詞最多
高斯和韋伯在電磁學(xué)領(lǐng)域的合作很出名,兩人一起研究地磁,還造出了電報機。韋伯被高斯看中時才20多歲,1831年5月,韋伯接受了格丁根的聘請。同年9月,高斯因第二任妻子去世感到非常孤獨,他經(jīng)常請韋伯來家里吃飯,也到韋伯家“蹭飯吃”。韋伯的妹妹甚至還寫信抱怨,說有一次高斯接連三天來吃飯,但同時也夸獎高斯很有修養(yǎng)。
韋伯壽命很長,失憶后(當(dāng)時高斯已去世30多年),他經(jīng)常表達要回格丁根的愿望,當(dāng)他被告知自己就在格丁根時回答說:“不,這不是高斯的格丁根?!眱扇说挠颜x確實感人。韋伯去世幾年后,在格丁根建造了高斯-韋伯紀(jì)念像。
電磁學(xué)中有幾個量是以高斯為單位命名的。電磁學(xué)曾用高斯制,后來改成國際單位制。此外,高斯對光學(xué)也很有貢獻。出乎意料的是,據(jù)不完全統(tǒng)計,在物理學(xué)名詞中,以人名命名的物理學(xué)名詞最多的科學(xué)家既不是牛頓,也不是愛因斯坦,而是高斯!第二可能是費米。
高斯的學(xué)生
高斯不喜教書是出了名的,但高斯卻有好幾位優(yōu)秀學(xué)生:狄利克雷、黎曼、戴德金,有的是直接指導(dǎo),有的則比較間接。原來,高斯只是不喜歡教初等的數(shù)學(xué),他不愿從ABC講起。相對而言,高斯對數(shù)學(xué)家是比較疏遠的,盡管他在今天主要被看作數(shù)學(xué)家。狄利克雷、黎曼英年早逝,長壽的戴德金后來回憶了高斯上課的情景,后世數(shù)學(xué)家見到戴德金這段故事的感受,就好似現(xiàn)在人們聽楊振寧描述自己去愛因斯坦辦公室的場景一樣。
一則編造的故事
在心理學(xué)家卡彭特的一本書里有這么個故事:高斯在妻子病重時正在做研究工作,仆人幾次三番地來催他,說他夫人就要死了,高斯回答說“讓她等會”。這則故事流傳甚廣,可能是出于對高斯忘我投入精神的稱贊。但實際上高斯非常重視家庭,在高斯的信中可以看到妻子的去世令高斯傷心欲絕。因此,本書作者認(rèn)為這故事純屬偽造。
也遭遇民科和毒舌
無論誰,總有人不喜歡。高斯也遇到過民科和毒舌。最有名的毒舌就是杜林。恩格斯曾針對此人寫過一本著名的《反杜林論》。杜林這人熱衷于大范圍地攻擊任何他“看不順眼”的科學(xué)家和文化人,首當(dāng)其沖的是亥姆霍茲。高斯也遭到了杜林的大肆攻擊(那時高斯已去世)。此外,黎曼、柯西、阿貝爾、克勞修斯等大師都在杜林的攻擊范圍內(nèi)。杜林在學(xué)術(shù)史上因病態(tài)混亂的頭腦而引起人們好奇。
另一個怪人舍普費爾則直接干擾了高斯的生活。舍普費爾特別想干的一件事就是否定哥白尼學(xué)說,但天文學(xué)家都不搭理他,于是他就跑到格丁根碰運氣。由于高斯和洪堡聽完他長篇大論所表現(xiàn)出來的耐心,被舍普費爾誤解為得到了贊同。高斯很快就表現(xiàn)出對此人的厭惡。1854年9月在一次格丁根召開的年會上,舍普費爾想沖進會場宣布高斯支持他,然而高斯病了,沒有參會。舍普費爾悻悻地離開了格丁根。翌年初高斯去世,這件事就結(jié)束了。
高斯的性格及成因
高斯的性格常常讓人詬病:高冷,過于謹(jǐn)慎,完美主義。完美主義沒啥多說的,個人習(xí)慣而已(當(dāng)然也和謹(jǐn)慎有關(guān))。謹(jǐn)慎的原因本文最后涉及。至于高冷不完全屬實,高斯只是對陌生人比較冷淡一點,對熟悉的人如親人、朋友(主要是天文學(xué)家)還是熱情的,這一點比牛頓強。
高斯的性格還有一個重要成因,他意識到自己“懂”科學(xué)尤其是數(shù)學(xué),別人跟不上他的思想,所以倍感寂寞。17世紀(jì)時,大科學(xué)家基本上都是大哲學(xué)家,比如笛卡兒、帕斯卡、牛頓、萊布尼茨等,但到18世紀(jì),由于科學(xué)發(fā)展迅速,科學(xué)家和哲學(xué)家開始分工(甚至很多社會科學(xué)也和哲學(xué)分開),哲學(xué)家不了解科學(xué)細節(jié),科學(xué)家也沒有時間去關(guān)心形而上問題。高斯主要身處19世紀(jì),這種分野自然越發(fā)明顯。當(dāng)時著名哲學(xué)家黑格爾宣稱,只要大家關(guān)注哲學(xué),就知道天上只能有7顆行星(那時海王星尚未被發(fā)現(xiàn))。高斯幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多小行星,他在給朋友的信里表示對黑格爾的不屑。對于康德,高斯要客氣一點。高斯讀過康德的書,不認(rèn)同康德的人類空間感覺是先驗的這一觀點,他認(rèn)為幾何是經(jīng)驗的,但深知世俗力量的高斯不敢公布非歐幾何的想法。當(dāng)俄國的羅巴切夫斯基提出非歐幾何時,高斯卻非常支持,這為深受打擊的羅巴切夫斯基送去了溫暖。
經(jīng)濟基礎(chǔ)決定上層建筑
這本書給人最大的感受,不是在論述高斯多么天才,而是“經(jīng)濟基礎(chǔ)決定上層建筑”。這句話是針對國家的,但對個人和家庭也是適用的。
牛頓、歐拉和高斯的出身都不富裕。出身底層的天才要被識別出來可不容易!高斯有幸得到不倫瑞克公爵的支持才得以深造,否則就可能一輩子務(wù)農(nóng)。高斯出名之后積極出席各種儀式和活動,對達官顯貴們比較恭敬,但在私下給朋友寫的信中可以看到他的抱怨。儀式活動畢竟不是天天有,但高斯謹(jǐn)慎的性格卻貫穿了他生命的每一天。在對待非歐幾何、“七君子事件”等事情上,高斯總是采取隱忍和回避的態(tài)度,害怕得罪權(quán)貴,失去辛辛苦苦得到的一切。按現(xiàn)在的說法高斯或許有“中產(chǎn)焦慮”。一個人的性格未必是天生的,而與其出身有關(guān),即使偉大如高斯也不能幸免。人在世時總有各種利益糾葛、性格弱點等局限性,短暫的生命終將結(jié)束,少數(shù)人留給了后世的,是不朽的思想。 ■